基于電氣設(shè)備壽命評估技術(shù)在資產(chǎn)管理中應用

盛健 彭曼 銀星茜 張俊強

摘 要：現(xiàn)有的電氣設(shè)備資產(chǎn)管理大部分還屬于粗獷性，直接以電氣設(shè)備的設(shè)計壽命進行折算，但實際各個電氣設(shè)備隨著運行工況的不同，其壽命會提前或延后終止，因此有必要結(jié)合電氣設(shè)備運行工況，基于其老化機理計算出設(shè)備的實際剩余壽命，改變其資產(chǎn)管理模式，讓電氣設(shè)備資產(chǎn)更為合理，更為準確。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；剩余壽命；老化機理；資產(chǎn)管理

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0214-02

電氣設(shè)備資產(chǎn)管理直接體現(xiàn)了設(shè)備的利用價值，現(xiàn)有的電氣設(shè)備資產(chǎn)管理主要按設(shè)備的設(shè)計壽命直接折算，這樣缺陷較為明顯。如果設(shè)備由于使用惡劣，則會導致設(shè)備壽命提前終止，這樣的話在壽命終止年會出現(xiàn)較大的設(shè)備折損貶值現(xiàn)象；如果設(shè)備使用較為良好，則設(shè)備使用壽命會有一定延長，這樣如果提前把設(shè)備折舊完，在資產(chǎn)管理中會出現(xiàn)零值設(shè)備現(xiàn)象。如果基于電氣設(shè)備老化機理，計算出電氣設(shè)備的剩余壽命，依次進行設(shè)備資產(chǎn)管理則會避免這種不合理現(xiàn)象出現(xiàn)。

1 基于機理的電氣設(shè)備剩余壽命計算方法

現(xiàn)有的電氣設(shè)備壽命計算主要基于“木桶”理論，其壽命由薄弱且不可修復元件壽命決定，因此針對現(xiàn)有電氣設(shè)備可以主要分為絕緣老化類設(shè)備和電壽命老化類設(shè)備。不問主要對變壓器的絕緣老化、開關(guān)的電壽命老化進行壽命計算。

1.1 絕緣老化類電氣設(shè)備剩余壽命計算

絕緣老化類電氣設(shè)備剩余壽命主要基于最熱點的高分子材料分解，喪失基本的機械性能、電氣性能，最終體現(xiàn)為壽命終止。

1.1.1 油浸式變壓器剩余收集計算

油變的熱點溫度可基于《GB/T 1094.7-2008電力變壓器》進行計算。圖1為熱分布圖是假設(shè)的，該圖做了如下假設(shè)：

（1）論冷卻方式如何，油箱內(nèi)的油溫從底部到頂部均是按線性增加；

（2）作為初始的近似，在繞組任何位置處繞組導線的溫升，從下到上呈線性增加，此直線與油的溫升平行。兩平行線之間的差值為常數(shù)gr；

（3）熱點溫升比（2）中所述的繞組頂部導線的溫升高，這是因為必須就雜散損耗的增加、各局部油流的差別和導線上可能附加的紙層等給出一些裕度?？紤]到這些非線性的因素，令熱點溫度與郵箱內(nèi)頂層油溫之差等于H×gr，熱點系數(shù)H與變壓器容量大小、短路阻抗和繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)，大約在1.1～1.5之間。

由油浸式變壓器熱點分布圖可知，需要測量環(huán)境溫度、油頂部溫度，然后疊加Hgr即為熱點溫度，其最終計算公式如下：

（1）

式中，K為負載率，即變壓器實際電流與額定電流的比值；為繞組指數(shù)；為環(huán)境溫度；為熱點溫度。

由于現(xiàn)有的油浸式變壓器基本采用熱改性絕緣紙，因此基于Arrhenius反應原理，油浸式變壓器絕緣壽命損失為：

（2）

式中，為第i時刻熱點溫度，為變壓器設(shè)計壽命。

1.1.2 干式變壓器剩余壽命計算

干式變壓器絕緣采用環(huán)氧樹脂，其相對油浸式變壓器絕緣紙的耐熱、絕緣性能更為優(yōu)良，但由于結(jié)構(gòu)和絕緣材料發(fā)生了變化，其熱點的計算也隨著需要調(diào)整。

因為變壓器實際運行中負荷是不斷變化的，因此暫態(tài)負荷的熱點溫度計算方式如下：

（3）

式中，為某負載率開始時的起始熱點溫升（K）；為負載變化t時間后的熱點溫升（K）；為負載率不發(fā)生變化情況下的最終熱點溫升（K）；為給定的負載下繞組的時間常數(shù)（min）；為環(huán)境溫度（℃）。

上述公式中，和可以通過穩(wěn)定負荷條件下的熱點溫升公式進行計算。干式變壓器一般分為自然冷卻和強迫風冷兩種，其中對于自然冷卻方式：

（4）

對于強迫風冷方式：

（5）

式中，I為負載率（負載電流與額定電流的比值）；M為經(jīng)驗常數(shù)，等于0.8；TK為導體的溫度常數(shù)，鋁為225，銅為235；X為強迫風冷經(jīng)驗常數(shù)，等于1（在沒有試驗數(shù)據(jù)情況下的建議值）；為額定條件下的熱點溫度（參考負載導則的推薦值）；為額定負荷下繞組熱點溫升（K），參考銘牌的溫升限值。

當溫升變化時，根據(jù)經(jīng)驗常數(shù)m，時間常數(shù)也發(fā)生變化。如果m=1，則時間常數(shù)，如果m≠1，則任何負載和任何起始溫度的加熱或冷卻循環(huán)的時間常數(shù)可通過下面公式計算：

（6）

同樣采用Arrhenius反應原理得出干式變壓器的剩余壽命為：

（7）

剩余壽命公式中常用參數(shù)值如表1所示。

1.2 電壽命老化類電氣設(shè)備剩余壽命計算

開關(guān)類熱點溫度一般低于110℃，同時其內(nèi)部采用SF6和環(huán)氧數(shù)值作為絕緣，由于SF6、環(huán)氧樹脂老化分解溫度遠大于110℃，因此基本不用考慮絕緣材料的老化。

由于開關(guān)類的斷路器需要開斷短路電流，短路電流過大時，開斷過程中的電弧對開關(guān)觸頭燒蝕嚴重，當觸頭燒蝕量達到一定程度時，該臺斷路器喪失開斷能力，及其使用壽命終止。

SF6斷路器基本以0.5Isn一次開斷的電磨損為評價基數(shù)，各開斷電流的電磨損與一次0.5Isn開斷電磨損相同的等效開斷次數(shù)Ns為：

當時

（8）

當時

（9）

式中，Isn為斷路器額定短路開斷電流數(shù)值（有效值）；Is為本次開斷電流數(shù)值（有效值）。

實際計算過程：首先基于公式9計算出一次額定滿容量電流開斷相當于0.5Isn開斷次數(shù)為3.24，對應每個Is計算出的Ns乘以3.24為實際能開斷次數(shù)。依據(jù)公式8、公式9計算出各容量對應開斷次數(shù)關(guān)系如表2所示。

2 電氣設(shè)備壽命評估技術(shù)在資產(chǎn)管理中應用

以上對常用的重要性較高的油浸式變壓器、干式變壓器、電纜、開斷的壽命進行評估與計算，主要依據(jù)負荷電流、環(huán)境溫度、開斷電流即可求解出各重要設(shè)備的剩余壽命。

電氣設(shè)備資產(chǎn)管理者可實時采集該部分數(shù)據(jù)，實時修正電氣設(shè)備的資產(chǎn)折舊計算方式，同時每年年初可根據(jù)前幾年老化趨勢，進行當年折舊費用計算依據(jù)，在每年年底根據(jù)當年老化時間修正資產(chǎn)折舊費用。因此依據(jù)設(shè)備老化來進行設(shè)備資產(chǎn)折舊管理，相對以前按設(shè)計壽命進行的資產(chǎn)折舊管理更為合理和準確。

3 結(jié)語

通過本文的對電氣設(shè)備的老化計算，可以更為合理的掌握設(shè)備利用程度和剩余工作年限，當設(shè)備工作負荷較重時，應在設(shè)備提前報廢前準備好設(shè)備更新；當設(shè)備工作負荷較輕時，可以適當延長設(shè)備使用年限，等效于設(shè)備的增值，因此基于設(shè)備老化的資產(chǎn)管理也更為準確、更為合理。

參考文獻

[1]高敏華，王欣.熱改性絕緣紙的應用以及相關(guān)變壓器技術(shù)的分析[J].變壓器，2018，55（02）：18-23.

[2]王有元，王施又，黃炎光，易鷺，蔡亞楠.干式變壓器環(huán)氧樹脂熱老化特性研究[J].高電壓技術(shù)，2018，44（01）：187-194.

[3]劉永，薛繼印，時東偉，楊在葆，馬華輝.基于國內(nèi)外標準的變壓器溫升試驗計算方法的研究[J].變壓器，2018，55（06）：59-62.

[4]黎斌.斷路器電壽命的折算、限值及其在線監(jiān)測技術(shù)[J].高壓電器，2005，（06）：428-433.